柱撑MMT甲烷合成催化剂的制备与性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文柱撑MMT甲烷合成催化剂的制备与性能研究论文作者：刘超雷学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：化学工艺指导教师：常俊石职称：正高工DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalTechnologySTUDYONPREPARATIONANDPROPERTIESOFPILLAREDMMTMETHANESYNTHESISCATALYSTbyLiuChaoleiSupervisor:Prof.ChangJunshiMa

2、y2017摘要在天然气产业、石油和化肥工业中，合成甲烷的催化剂主要是负载型Ni基催化剂，这种催化剂具备较高的反应活性，但其在反应过程中易磨损，活性组分易流失，从而寿命下降。因此合成一种新型高效的催化剂具有重要意义。柱撑粘土材料是一类具有特殊结构和功能的化合物，它制备简单，成本低廉，具有稳定性好和活性高的特点，是一类应用前景广泛的新型纳米多孔催化材料。本文以钠基蒙脱土为基质粘土，采用插层法和原位合成法制备柱撑蒙脱石。其中插层法是利用基质粘土的吸水膨胀性和离子交换性的特点，将NiAl-LDHs板层阳离子引入到钠基蒙脱土的层板之间，经过干燥、焙烧等工艺，制备得柱撑粘土材料。原位

3、合成法是指将Ni，Al混合硝酸盐溶液与钠基蒙脱土悬浮液混合搅拌，加碱液调节pH后，经抽滤、干燥焙烧等工艺得到柱撑物。通过BET、XRD、FT-IR、TG、TPR、SEM等测试分析手段对两种方法制备的层状催化剂进行表征；采用模拟焦炉气合成甲烷试验对两种催化剂分别进行初步性能评价。尿素分解法制备NiAl-LDHs的研究发现，反应时间越长，晶化程度更高，焙烧后所得NiO特征峰峰型趋于尖锐。反应16h可以制备得到有序性高、结晶度良好，具有规整层状结构的NiAl-LDHs。采用插层法进行反应时，发现交联搅拌时间对反应的影响不大，选择6h即可。为了增加柱撑催化剂的甲烷合成反应活性，采

4、用Ni/土为5mmol/g。在30℃条件下，pH=6时最适合交联反应。采用原位法合成交联产物的结构与插层法合成产物的不同。pH=8时，原位合成法制备产物效果较好，经500℃焙烧还原后CO的吸附量大。对合成产物烘干压片焙烧后制得催化剂，分别对其进行表征与评价。两种方法制得的催化剂在较宽的温度范围内都具有较高的CO转化率，催化活性较好。插层法合成的催化剂在低温条件下，CO、CO2转化率较大，更适于较低温度下的甲烷合成反应；原位法合成的催化剂在高温条件下性能更好，更适于较高温度下的甲烷合成反应。关键词：柱撑粘土，NiAl-LDHs，甲烷合成催化剂IIIABSTRACTInthe

5、naturalgasindustry,petroleumandchemicalfertilizerindustry,thecatalystofmethanesynthesisismainlysupportedNi-basedcatalysts.Thiscatalystexhibitshighactivity,butitiseasytobewornandlosestheactivecomponentsintheprocessofreaction,whichwilldeclinethelifetime.Soitisimportanttosynthesizeanewandhig

6、hefficiencycatalyst.Pillaredinterlayeredclay(PILC)materialsisaclassofcompoundswithspecialstructureandfunction,whichhastheadvantagesofsimplepreparation,lowcost,goodstability,andhighreactionactivity.Itisanewnano-porouscatalyticmaterialwithaverybroadapplicationprospect.ThispapertakestheNa-mo

7、ntmorilloniteassubstrateclayandadoptsintercalationandin-situsynthesismethodtopreparepillaredmontmorillonite.Intercalationmethodistomakeuseofthecharacterofwater-swellingandionexchangeabilityofthesubstrateclaytoinsertNiAl-LDHslayercationsintotheinterlayerofNa-montmori